專利名稱：串聯(lián)電容補(bǔ)償器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及用于電力系統(tǒng)的無功補(bǔ)償裝置，具體地說，涉及一種應(yīng)用于電氣
化鐵路牽弓I供電系統(tǒng)的可調(diào)串聯(lián)電容補(bǔ)償器。
背景技術(shù)：
電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)中，承擔(dān)電能傳送的供電臂具有較大的阻抗，當(dāng)電力機(jī)車從接融網(wǎng)授流時(shí)，造成輸電線路電壓下降，從而導(dǎo)致電力機(jī)車受電弓處電壓低于牽引變電所母線電壓，特別是牽引電流較大，接融網(wǎng)末端電壓低于20KV時(shí)，牽引機(jī)車將不能正常運(yùn)行。因此，需要在接融網(wǎng)上串聯(lián)一電容補(bǔ)償器以抵消接融網(wǎng)的無功損耗，改善接融網(wǎng)無功分布，進(jìn)而提高牽引供電系統(tǒng)電能質(zhì)量以保證電力機(jī)車的正常運(yùn)行，減少對(duì)大電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響。 現(xiàn)有一種串聯(lián)電容補(bǔ)償器原理如圖1所示，其串聯(lián)電容補(bǔ)償器具有斷路開關(guān)組，
斷路開關(guān)組由斷路開關(guān)K6以及斷路開關(guān)K1、K2組成，其中斷路開關(guān)K6串聯(lián)在接融網(wǎng)的兩
根輸電線路1、2之間，斷路開關(guān)Kl、 K2連接接融網(wǎng)與補(bǔ)償裝置，并具有接地功能。 串聯(lián)電容補(bǔ)償器設(shè)有電容補(bǔ)償模塊C3，它由多個(gè)電容器串聯(lián)組成。電容補(bǔ)償模塊
C3與斷路開關(guān)K3串聯(lián)連接，并且電容補(bǔ)償模塊C3與斷路開關(guān)K3組成的支路與保護(hù)模塊并
聯(lián)在斷路開關(guān)K1、K2的兩端。 保護(hù)模塊由斷路開關(guān)K5、電感L1、放電間隙FJ、電阻R以及避雷器M0V構(gòu)成。電容補(bǔ)償模塊C3兩端電壓過高時(shí)，保護(hù)模塊的放電間隙FJ被擊穿，從而將電容補(bǔ)償模塊C3旁路，避免損壞電容補(bǔ)償模塊C3。 當(dāng)接融網(wǎng)負(fù)載較大、授電弓端電壓較低時(shí)，斷路開關(guān)K1、K2閉合，且斷路開關(guān)K3也閉合，開關(guān)K6斷開，整個(gè)補(bǔ)償裝置串聯(lián)在接融網(wǎng)1、2之間，產(chǎn)生無功補(bǔ)償，提高授電弓端電壓。 在牽引供電系統(tǒng)額定電壓固定的情況下，電容補(bǔ)償模塊C3的電容器組的容量由
電容器組的額定電流決定。若電容器組的額定電流選擇較大，電容器組的容量較大，能滿足
較大負(fù)載時(shí)的升壓要求，但對(duì)于負(fù)載較小的情況，流經(jīng)電容器組的電流較小，其升壓效果并
不明顯。若選擇額定電流較小的電容器組，則不能滿足負(fù)載較大情況的升壓要求。 此外，由于現(xiàn)行電氣化鐵路串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置在投切時(shí)是整體進(jìn)行投切，不能根
據(jù)接融網(wǎng)的運(yùn)行工況調(diào)節(jié)補(bǔ)償?shù)娜萘客瑫r(shí)，由于電容器組一旦投入使用，其參數(shù)不能改變，
即容量是不可控的，不能對(duì)牽引供電系統(tǒng)的次同步諧波以及高次諧波分量進(jìn)行抑制，影響
接融網(wǎng)的供電質(zhì)量。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的主要目的是提供一種對(duì)接融網(wǎng)補(bǔ)償容量可控串聯(lián)電容補(bǔ)償器；[0010] 本實(shí)用新型的另一目的是提供一種有效抑制牽引供電系統(tǒng)中次同步諧波及高次諧波分量的串聯(lián)電容補(bǔ)償；[0011] 本實(shí)用新型的再一目的是提供一種能精確控制接融網(wǎng)無功補(bǔ)償容量的串聯(lián)電容補(bǔ)償器。 為實(shí)現(xiàn)上述的主要目的，本實(shí)用新型提供的串聯(lián)電容補(bǔ)償器包括斷路開關(guān)組、第一電容補(bǔ)償模塊和一個(gè)保護(hù)模塊，第一 電容補(bǔ)償模塊具有一組電容器組，并具有一個(gè)與電容器組并聯(lián)的控制模塊，控制模塊包含可控器件，用于對(duì)電容器組的補(bǔ)償容量進(jìn)行調(diào)節(jié)。[0013] 由上述方案可見，串聯(lián)電容補(bǔ)償器接入接融網(wǎng)后，可根據(jù)接融網(wǎng)的負(fù)載情況，通過控制可控器件的投切角來控制電容器組的投入時(shí)間，從而調(diào)節(jié)補(bǔ)償?shù)浇尤诰W(wǎng)的電容器組的容量。接融網(wǎng)負(fù)載較大時(shí)，減小可控器件的投切角，增大可控器件的導(dǎo)通時(shí)間，電容器組的補(bǔ)償容量較大。接融網(wǎng)負(fù)載較小時(shí)，增大可控器件的投切角，減小可控器件的導(dǎo)通時(shí)間，電容器組的補(bǔ)償容量較小，從而實(shí)現(xiàn)靈活地對(duì)接融網(wǎng)進(jìn)行容量的補(bǔ)償。 —個(gè)優(yōu)選的方案是，控制模塊具有兩個(gè)反向并聯(lián)連接的可控器件，并且該可控器件為晶閘管。這樣，控制人員通過控制晶閘管的投切角控制第一電容補(bǔ)償模塊的投入時(shí)間，從而抑制牽引供電系統(tǒng)的次同步諧波以及高次諧波分量，提高牽引供電系統(tǒng)的供電質(zhì)量。并且，通過精確控制晶閘管的投切角能精確地控制電容器組的投入時(shí)間，提高串聯(lián)電容補(bǔ)償器的補(bǔ)償精度。 進(jìn)一步的方案是，第一電容補(bǔ)償模塊具有二組或二組以上并聯(lián)連接的電容器組，每一電容器組均與一斷路開關(guān)串聯(lián)連接。 由此可見，串聯(lián)電容補(bǔ)償器工作時(shí)，控制人員可根據(jù)接融網(wǎng)的負(fù)載情況選擇投入一組電容器組或多組電容器組，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)接融網(wǎng)無功的可控補(bǔ)償。 更進(jìn)一步的方案是，串聯(lián)電容補(bǔ)償器還設(shè)有與第一電容補(bǔ)償模塊并聯(lián)連接的第二電容補(bǔ)償模塊，并且第二電容補(bǔ)償模塊具有容量固定的電容器組。這樣，當(dāng)接融網(wǎng)負(fù)載較大時(shí)，除了投入第一電容補(bǔ)償模塊，還可以投入第二補(bǔ)償模塊，增大電網(wǎng)的容抗，以滿足大負(fù)載情況下的電壓補(bǔ)償。并且，通過對(duì)投切電容器組數(shù)的快速選擇實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償速度的要求。
圖1是現(xiàn)有串聯(lián)電容補(bǔ)償器接入接融網(wǎng)的電原理圖； 圖2是本實(shí)用新型第一實(shí)施例接入接融網(wǎng)的電原理圖； 圖3是本實(shí)用新型第一實(shí)施例中第一電容補(bǔ)償模塊的電原理圖； 圖4是本實(shí)用新型第二實(shí)施例中第一電容補(bǔ)償模塊的電原理圖。 以下結(jié)合各實(shí)施例及其附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
具體實(shí)施方式
第一實(shí)施例 參見圖2，本實(shí)施例具有斷路開關(guān)組，斷路開關(guān)組由串聯(lián)在接融網(wǎng)輸電線路1、2之間的斷路開關(guān)K6以及斷路開關(guān)K1、K2組成。當(dāng)接融網(wǎng)負(fù)載較大時(shí)，斷路開關(guān)K1、K2閉合，串聯(lián)電容補(bǔ)償器對(duì)接融網(wǎng)進(jìn)行容抗補(bǔ)償。 本實(shí)施例具有兩個(gè)電容補(bǔ)償模塊，分別是補(bǔ)償容量可調(diào)的第一電容補(bǔ)償模塊C1以及補(bǔ)償容量固定的第二電容補(bǔ)償模塊C2。第一電容補(bǔ)償模塊C1與斷路開關(guān)K4串聯(lián)連接，形成第一補(bǔ)償支路3。相同地，第二電容補(bǔ)償模塊C2與斷路開關(guān)K7串聯(lián)連接，形成第二補(bǔ)償支路4。 第一補(bǔ)償支路3與第二補(bǔ)償支路4并聯(lián)連接，并且串聯(lián)在斷路開關(guān)Kl、 K2之間。 需要投入使用第一電容補(bǔ)償模塊C1時(shí)，閉合斷路開關(guān)K4，需要投入使用第二電容補(bǔ)償模塊 C2時(shí)，則需要閉合斷路開關(guān)K7。 優(yōu)選地，第二電容補(bǔ)償模塊C2由多個(gè)電容器串聯(lián)組成，并且多個(gè)電容器的容量固 定，控制系統(tǒng)通過控制斷路開關(guān)K7的閉合或斷開實(shí)現(xiàn)第二電容補(bǔ)償模塊C2的整體投入或 退出。 與現(xiàn)有的串聯(lián)電容補(bǔ)償器相同的是，本實(shí)施例也設(shè)有與斷路開關(guān)K1、 K2并聯(lián)連接 的保護(hù)模塊，保護(hù)模塊由斷路開關(guān)K5、放電間隙FJ、電感Ll、電阻R以及避雷器M0V組成，保 護(hù)電路各器件的連接方式及工作原理與現(xiàn)有的串聯(lián)電容補(bǔ)償器相同，在此不再贅述。 參見圖3，本實(shí)施例第一電容補(bǔ)償模塊C1設(shè)有兩組電容器組，其中串聯(lián)連接的電 容器Cll、 C12、 C13、 C14組成第一電容器組，第一電容器組與斷路開關(guān)K11串聯(lián)連接，形成 第一 串聯(lián)支路11 。第二電容器組由串聯(lián)連接的電容器C21 、C22、C23、C24組成，且第二電容 器組與斷路開關(guān)K12串聯(lián)連接，形成第二串聯(lián)支路12。 第一串聯(lián)支路11與第二串聯(lián)支路12并聯(lián)連接，并且電流、電感互感器組6并聯(lián)連 接在第一串聯(lián)支路11的兩端，這樣，相互并聯(lián)連接的第一串聯(lián)支路11、第二串聯(lián)支路12及 電流、電感互感器組6形成補(bǔ)償模塊13。 第一電容補(bǔ)償模塊C1還設(shè)有控制模塊，本實(shí)施例的控制模塊由兩個(gè)反向并聯(lián)連 接的晶閘管TH1、 TH2組成，優(yōu)選地，晶閘管為半控型晶閘管(SCR)，并且控制模塊與補(bǔ)償模 塊13并聯(lián)連接。晶閘管TH1、TH2可由單片機(jī)等控制系統(tǒng)控制其導(dǎo)通角，即控制晶閘管TH1、 TH2投切角，這樣，第一電容器組及第二電容器組的投入時(shí)間由控制系統(tǒng)控制，控制系統(tǒng)可 根據(jù)接融網(wǎng)的實(shí)時(shí)負(fù)載情況控制晶閘管TH1、 TH2的投切角以控制串聯(lián)電容補(bǔ)償器的投入 的容量。 本實(shí)施例中，控制系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)或單片機(jī)等設(shè)備，可計(jì)算接融網(wǎng)的負(fù)載情況，并根
據(jù)接融網(wǎng)的負(fù)載情況計(jì)算晶閘管TH1 、TH2的投切角，向晶閘管TH1 、TH2輸出觸發(fā)控制信號(hào)。 第一電容補(bǔ)償模塊C1還設(shè)有一個(gè)電感器L2以及兩個(gè)斷路開關(guān)K13、 K14，電感器
L2通過電流、電感互感器組5與補(bǔ)償模塊13串聯(lián)連接。斷路開關(guān)K14串聯(lián)在電感器L2 —
端與控制模塊之間，而斷路開關(guān)K13則串聯(lián)在電感器L2的中部與控制模塊之間。 斷路開關(guān)K13、K14分別與第一電容器組及第二電容器組對(duì)應(yīng)，當(dāng)僅第一電容器組
投入使用是，可只閉合斷路開關(guān)K13，電感器L2—半的電感量投入使用。若第一、第二電容
器組同時(shí)投入使用，則閉合斷路開關(guān)K14，電感器L2的全部電感量投入使用。 當(dāng)然，本實(shí)施例中第一電容補(bǔ)償模塊C1僅設(shè)有兩組電容器組，若第一電容補(bǔ)償模
塊C1設(shè)有更多的電容器組，則相應(yīng)地設(shè)置多個(gè)斷路開關(guān)，分別與多組電容器組對(duì)應(yīng)。 接融網(wǎng)負(fù)載較輕時(shí)，控制系統(tǒng)可斷開斷路開關(guān)K1、K2，串聯(lián)電容補(bǔ)償器被旁路。當(dāng)
然，若需要抑制牽引供電系統(tǒng)的次同步諧波以及高次諧波分量，可閉合斷路開關(guān)K1、K2，并
閉合斷路開關(guān)K4、K11及K13，第一電容補(bǔ)償模塊C1的第一電容器組投入使用?？刂葡到y(tǒng)
通過控制晶閘管TH1、 TH2的投切角，將第一電容器組精確地投入至接融網(wǎng)中，從而抑制牽
引供電系統(tǒng)的次同步諧波以及高次諧波分量。 接融網(wǎng)負(fù)載較重時(shí)，控制系統(tǒng)閉合斷路開關(guān)Kl、 K2，并且閉合斷路開關(guān)K4、 Kll、
5K12、K14，第一電容補(bǔ)償模塊C1的兩組電容器組均投入使用。此時(shí)，控制系統(tǒng)根據(jù)接融網(wǎng)的 負(fù)載情況計(jì)算晶閘管TH1、 TH2的投切角，控制電容器組的補(bǔ)償容量。 晶閘管TH1、 TH2的投切角較小時(shí)，其導(dǎo)通時(shí)間較長(zhǎng)，電容器組投入使用時(shí)間也較
長(zhǎng)，補(bǔ)償容量較大，對(duì)接融網(wǎng)電壓補(bǔ)償明顯。晶閘管TH1、 TH2的投切角較大時(shí)，其導(dǎo)通時(shí)間
較短，電容器組投入使用時(shí)間較短，補(bǔ)償容量較小，適合接融網(wǎng)負(fù)載較輕的情況。 可見，控制系統(tǒng)通過控制晶閘管TH1、 TH2的投切角可控制串聯(lián)電容補(bǔ)償器的補(bǔ)償
容量，實(shí)現(xiàn)對(duì)投入電網(wǎng)的容量進(jìn)行調(diào)節(jié)。 在接融網(wǎng)負(fù)載較輕或負(fù)載較重時(shí)，串聯(lián)電容補(bǔ)償器的第一電容補(bǔ)償模塊C1投入 接融網(wǎng)中，第二電容補(bǔ)償模塊C2并未投入接融網(wǎng)。 接融網(wǎng)工作在重負(fù)載或沖擊性大負(fù)載時(shí)，控制系統(tǒng)可閉合斷路開關(guān)K1、K2、K4、K7、 Kll、 K12及K14，串聯(lián)電容補(bǔ)償器的第一電容補(bǔ)償模塊Cl、第二電容補(bǔ)償模塊C2均投入接 融網(wǎng)中，并且第一電容補(bǔ)償模塊C1的兩組電容器組均投入使用，以增大接融網(wǎng)的容抗，提 升接融網(wǎng)的電壓。 由于第二電容補(bǔ)償模塊C2僅設(shè)有容量固定的電容器組，并未設(shè)置控制模塊，因此 第二電容補(bǔ)償模塊C2整體投入或退出?？刂葡到y(tǒng)需要調(diào)節(jié)投入電網(wǎng)的補(bǔ)償容量時(shí)，通過調(diào) 節(jié)晶閘管TH1、TH2的投切角即可實(shí)現(xiàn)對(duì)投入的補(bǔ)償容量調(diào)節(jié)。 可見，本實(shí)施例的第一電容補(bǔ)償模塊設(shè)置由晶閘管TH1、 TH2組成的控制模塊，可 精確地控制投入接融網(wǎng)的補(bǔ)償容量，控制系統(tǒng)可根據(jù)接融網(wǎng)的工作情況調(diào)節(jié)補(bǔ)償?shù)娜萘浚?既滿足重負(fù)載時(shí)的要求，也滿足輕負(fù)載時(shí)工況要求。 并且，控制系統(tǒng)通過控制晶閘管TH1、 TH2的投切角能有效地抑制牽引供電系統(tǒng)的
次同步諧波以及高次諧波分量，提高接融網(wǎng)的供電質(zhì)量。 第二實(shí)施例 本實(shí)施例具有斷路開關(guān)組、第一電容補(bǔ)償模塊、第二電容補(bǔ)償模塊及保護(hù)模塊，這 些與第一實(shí)施例相同。與第一實(shí)施例不同的是，本實(shí)施例的第一電容補(bǔ)償模塊C1具有兩個(gè) 電感器。 參見圖4，本實(shí)施例的第一電容補(bǔ)償模塊Cl具有由電容器C11、C12、C13、C14組成 第一 電容器組以及由電容器C21 、C22、C23、C24組成的第二電容器組，并且第一 串聯(lián)支路11 與第二串聯(lián)支路并聯(lián)連接。同時(shí)，本實(shí)施例也設(shè)有由晶閘管TH1、TH2組成的控制模塊，控制 模塊與補(bǔ)償模塊13串聯(lián)連接。 與第一實(shí)施例不同的是，第一電容補(bǔ)償模塊C1具有兩個(gè)串聯(lián)連接的電感器L3、 L4，并且設(shè)有與電感器L3、 L4 一一對(duì)應(yīng)的兩個(gè)斷路開關(guān)K15、 K16。斷路開關(guān)K15串聯(lián)在電 感器L 3 —端與控制模塊之間，斷路開關(guān)K16串聯(lián)在電感器L4 一端與控制模塊之間。 接融網(wǎng)負(fù)載較輕時(shí)，可以只閉合斷路開關(guān)K11、K15，第一電容器組投入接融網(wǎng)，同 時(shí)電感器L3投入使用。當(dāng)兩組電容器組均投入使用是，則閉合斷路開關(guān)Kll、 K12、 K16，電 感器L3、L4均投入使用。 本實(shí)施例也能對(duì)投入接融網(wǎng)的容量進(jìn)行調(diào)節(jié)，并且能抑制牽引供電系統(tǒng)的次同步 諧波以及高次諧波分量，同時(shí)能精確地控制電容器組的投入時(shí)間。 當(dāng)然，上述僅是本實(shí)用新型較佳的兩個(gè)實(shí)施方案，實(shí)際應(yīng)用時(shí)還可以有更多的變 化，例如，使用門極可關(guān)斷晶閘管(GT0)或電力晶體管(GTR)或電力場(chǎng)效應(yīng)管(FET)或絕緣柵雙極晶體管(IGBT)等替代半控型晶閘管作為可控器件組成控制模塊；或者，控制模塊僅 設(shè)置一個(gè)晶閘管；又或者，第二電容補(bǔ)償模塊也設(shè)計(jì)成容量可調(diào)的補(bǔ)償模塊，這些改變也是 可以實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的目的。 最后需要強(qiáng)調(diào)的是，本實(shí)用新型不限于上述實(shí)施方式，諸如第一電容補(bǔ)償模塊中 電容器組數(shù)量的改變、電感器數(shù)量的改變、控制模塊各器件連接方式的改變等微小的變化 也應(yīng)該包括在本實(shí)用新型權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求串聯(lián)電容補(bǔ)償器，包括斷路開關(guān)組；通過所述斷路開關(guān)組可串聯(lián)于接融網(wǎng)上的第一電容補(bǔ)償模塊，所述第一電容補(bǔ)償模塊具有電容器組；其特征在于所述第一電容補(bǔ)償模塊還包括一個(gè)與所述電容器組并聯(lián)的控制模塊，所述控制模塊具有可控器件。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的串聯(lián)電容補(bǔ)償器，其特征在于 所述控制模塊具有兩個(gè)反向并聯(lián)連接的可控器件。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的串聯(lián)電容補(bǔ)償器，其特征在于所述可控器件為半控型晶閘管或門極可關(guān)斷晶閘管或電力晶體管或電力場(chǎng)效應(yīng)管或 絕緣柵雙極晶體管。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的串聯(lián)電容補(bǔ)償器，其特征在于所述第一 電容補(bǔ)償模塊具有二組或二組以上并聯(lián)連接的電容器組，每一 電容器組均與 一斷路開關(guān)(K11、K12)串聯(lián)連接。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的串聯(lián)電容補(bǔ)償器，其特征在于所述第一電容補(bǔ)償模塊還包括一電感器(L2)，并設(shè)有與所述電容器組數(shù)量相等的多個(gè) 斷路開關(guān)(K13、 K14)，所述多個(gè)斷路開關(guān)(K13、 K14)中的每一個(gè)串聯(lián)在所述電感器與所述 控制模塊之間。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的串聯(lián)電容補(bǔ)償器，其特征在于所述第一電容補(bǔ)償模塊還設(shè)有與所述電容器組數(shù)量相等且串聯(lián)連接的多個(gè)電感器 (L3、 L4)，并設(shè)有與電感器數(shù)量相等的多個(gè)斷路開關(guān)(K15、 K16)，且每一個(gè)斷路開關(guān)(K15、 K16)串聯(lián)在該斷路開關(guān)對(duì)應(yīng)的一個(gè)電感器(L3、L4)與所述控制模塊之間。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的串聯(lián)電容補(bǔ)償器，其特征在于 還包括與所述第一電容補(bǔ)償模塊并聯(lián)的第二電容補(bǔ)償模塊。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的串聯(lián)電容補(bǔ)償器，其特征在于所述第二電容補(bǔ)償模塊具有容量固定的電容器組，所述電容器組與一斷路開關(guān)(K7) 串聯(lián)。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種串聯(lián)電容補(bǔ)償器，包括斷路開關(guān)組，一第一電容補(bǔ)償模塊通過斷路開關(guān)組可投入或退出地串聯(lián)在電力線上，第一電容補(bǔ)償模塊具有電容器組；一保護(hù)模塊與第一電容補(bǔ)償模塊并聯(lián)連接，其中，第一電容補(bǔ)償模塊還具有與電容器組串聯(lián)連接的控制模塊，控制模塊具有可控器件。本實(shí)用新型提供的串聯(lián)電容補(bǔ)償器能調(diào)節(jié)投入到接融網(wǎng)的補(bǔ)償容量，并且能有效抑制引供電系統(tǒng)的次同步諧波以及高次諧波分量，提高接融網(wǎng)的供電質(zhì)量。
文檔編號(hào)H02J3/01GK201515230SQ20092019327
公開日2010年6月23日 申請(qǐng)日期2009年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月17日
發(fā)明者方科, 錢清泉, 黃元亮 申請(qǐng)人:暨南大學(xué)珠海學(xué)院